Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом



Скачать 49.88 Kb.
Дата27.04.2013
Размер49.88 Kb.
ТипДокументы




1 Введение


Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом. Наиболее широко используемые материалы для этой цели - газы, один из самых ранних примеров - счетчик Гейгера-Мюллера, также используются жидкости (например жидкий Аргон) и даже твердые материалы. Заряженные частицы и электромагнитное излучение способно ионизировать атомы вдоль своих треков или около точки взаимодействия, таким образом, создавая свободные электрические носители заряда, которые могут быть собраны и измерены непосредственно. Можно также использовать вторичные эффекты, например генерацию света в сцинтилляторах за счет рекомбинации ионов и электронов.

Очень большое разнообразие детекторов ионизирующих ядерных излучений основаных на ионизации в газах было разработано в прошлые десятилетия, эти датчики способны к измерению, как координаты так и энергии излучения. Хотя полупроводниковые детекторы использовались для ядерной спектроскопии в течение достаточно долгого времени, использование полупроводников для измерения координаты сравнительно ново, но развитие в этой области было очень быстрым.

Развитие чувствительных к координате полупроводников было инициировано экспериментальной физикой элементарных частиц, которая нуждалась в датчиках, способных измерять треки частицы с точностью приблизительно 10μm, которая в то же самое время могла работать с высоким темпом. Это было сделано ради исследования редких “очарованных” частиц, которые были обнаружены в 1976. Их относительно большое время жизни (10-13 к 10-2 секунд) сделало прямое наблюдение их малой длины распада, наблюдаемой этими детекторами.

Развитие датчиков с такими свойствами стало возможно благодаря адаптации технологий, используемых в микроэлектронике для изготовления кремниевых детекторов, пионером в этой работе был Джозеф Кеммер в 1970-ых. Внедрение кремниевых стриповых детекторов (микрополосковых - в российской терминологии), произведенных по этой планарной технологии, в экспериментах по поиску “очарования” в 1979, отметило начало к революции в экспериментальных методах физики элементарных частиц, которая включала развитие аналоговой микроэлектроники для считывания полупроводниковых детекторов.

Другим важным случаем было изобретение полупроводниковой дрейфовой камеры Эмильо Гатти и Павэльом Рехаком в 1983, в котором транспортировка заряда сигнала происходит параллельно поверхности пластины полупроводника.

Принцип дрейфовой камеры и технологические возможности, открытые планарным процессом были источником многих новых идей и концепций: электроника была объединена с детектором, и были изобретены полностью новые структуры полупроводников.

Одновременно, эти новые детекторы распространились в другие области применения.
Усовершенствование способности к измерению энергии, которое стало возможно с этими новыми структурами, сделало их интересными для простых спектроскопических применений, которые теперь могут быть выполнены в более высоком темпе и при более высокой температуре. Особенно интересна возможность одновременного точного измерения координаты и энергии, как требуется, например, в рентгеновской астрономии.

Цель этой книги - дать основное понимание принципов и свойств полупроводниковый детекторов, в то время как применения затронуты только периферийно. Акцент приходится на кремниевые детекторы, которые показали самое быстрое развитие, для которых доступна наиболее продвинутая технология, и для которых лучшее известны свойства материалов из-за широкого распространенния их использования в электронике.

Основные свойства полупроводников и хорошо известных структур - имеющие отношение к детекторам - рассмотрены в главах 2 и 3. Специальные свойства полупроводников, которые делают их настолько полезными для детектирования ядерных излучений, обсуждены в главе 4. Основные механизмы генерации заряда, являющиеся основой для обнаружения ядерных излучений, также обсуждены в главе 2, и дальнейшая информация дается в главе 4 (для нескольких полупроводниковых материалов); в главе 11 представлена информация относительно радиационного повреждения полупроводников. Глава 4 также дает информацию относительно металлов и изоляторов, которые используются для того, чтобы создавать структуры детектора.

Самый основной детектор радиации: выпрямляющий переход с или без обратного смещения, обсужден в главе 5, в то время как более сложные детекторы описаны в главе 6. Общее этих детекторов - их дополнительная способность измерить координату падающего излучения, даже при том, что в некоторых применениях используется только их превосходные возможности измерения энергии. Детекторы, описанные в главах 5 и 6 не имеют свойств внутреннего усиления заряда, хотя в некоторых случаях первый элемент усилителя электроники считывания был объединен с датчиком. Вопрос интеграции детектора и вспомогательной электроники (глава 8) и описание детекторов с внутренним усилением (глава 9) следуют за довольно длинной главой 7 об электронике детектора вообще. Основное объяснение принципов работы транзисторов предшествует в главе 7 обсуждению проблемы измерения заряда. Акцент сделан на физических процессах, которые ограничивают точность измерения заряда, произведенного в детекторах. Поскольку микроэлектроника играет все более и более важную роль в функциях считывания полупроводникового детектора, элементы схем электроники, подходящие для этих технологий описаны в той же самой главе, и обсуждены основные свойства небольшого количества технологий интегральных микросхем. Короткий обзор методов смещения стрипового детектора и их шумов в соединении с электроникой считывания, заключают эту главу.

Глава 10 дает очень короткий обзор технологии изготовления детекторов и будет представлять интерес только для людей мало знакомых с производством. Эта тема будет широко охвачена в отдельном издании этого ряда.

Глава 11 объединяет связанные (до некоторой степени) вопросы стабильности устройства, радиационных повреждений и радиационной стойкости. Физические механизмы электрического пробоя устройств и методы их предотвращения применяются к детекторам до их облучения, а также в течение и после облучения. В проектировании детекторов, нужно принять во внимание изменения в свойствах материалов, которые вызваны радиационными повреждениями. Большая часть главы 11 имеет дело с физическими причинами этих изменений и способами параметризации этих изменений.

Всюду по книге представлены результаты численных моделирований. Проектирование более сложных детекторов едва ли возможен без численного моделирования. Пример того, как моделирование устройства может быть выполнено, представлен в главе 12. Ради простоты, представление было ограничено одним измерением; однако, дефекты глубокого уровня, которыми в большинстве случаев пренебрегают и которые играют доминирующую роль в радиационных повреждениях детектора, были включены.

Заключительная часть книги содержит полезные для работы ссылки. Приложение A дает список общих математических символов, используемых в тексте. Приложение B собрало известные физические константы. Выбор единиц, сохраненный всюду по тексту не полностью соответствует международным стандартам, но следует за традицией в физике полупроводников. Основные единицы в этой системе - сантиметры для длины, секунды для времени, и электрон-вольты для энергии. Последняя часть представленного материала - ссылки: список книг и статей в журналах, упомянутых в тексте (используется система Гарварда).

Похожие:

Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом icon2 Большие машины физики 9 Ускорители
Ускорители заряженных частиц – установки, служащие для ускорения заряженных частиц до высоких энергий. Во всех ускорителях увеличение...
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconРабочая программа учебной дисциплины "электродинамика систем заряженных частиц" Цикл
Целью дисциплины является изучение методов описания поведения заряженных частиц в электромагнитных полях
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconОбнаружение эффекта подавления выходов заряженных адронов с большими поперечными импульсами в релятивистских ядро-ядерных столкновениях на установке phenix 01. 04. 16 физика атомного ядра и элементарных частиц
Обнаружение эффекта подавления выходов заряженных адронов с большими поперечными импульсами в релятивистских ядро-ядерных столкновениях...
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconОбнаружение эффекта подавления выходов заряженных адронов с большими поперечными импульсами в релятивистских ядро-ядерных столкновениях на установке phenix 01. 04. 16 физика атомного ядра и элементарных частиц
Обнаружение эффекта подавления выходов заряженных адронов с большими поперечными импульсами в релятивистских ядро-ядерных столкновениях...
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconМагистерской программы «Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника» Направление подготовки 140800 Ядерные физика и технологии Наименование магистерской программы «Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника»
...
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconЛекция энергия и импульс электромагнитного поля. Система частиц в заданном электромагнитном поле Рассмотрим систему одинаковых заряженных частиц, которые не взаимодействуют друг с другом. Энергия частиц в единичном объеме:, 1)
Энергия, протекающая за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную вектору скорости в данной точке пространства в...
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconЯдерные реакции на среднетяжелых разделенных изотопах и на тяжелых радиоактивных ядрах 01. 04. 16 физика атомного ядра и элементарных частиц
Работа выполнена в Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова Объединенного института ядерных исследований и на кафедре ядерной...
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconНаучно-практическая конференция "Ускорители частиц и радиационные технологии – для будущего России"
Фонд Сколково и ассоциация Радиационные технологии, при поддержке Научного Совета ран по проблеме ускорителей заряженных частиц,...
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconДвижение заряженных частиц в эцр источнике плазмы cera-r (вычислительный эксперимент)
В начальный момент времени генерировалось однородное распределение частиц плазмы вблизи эцр-поверхности. Начальные энергии электронов...
Детектирование ядерных заряженных частиц и радиации возможно по их взаимодействию с веществом iconОбменное взаимодействие в синхронно связанной паре релятивистских магнитных ротаторов
Ть поведение элементарных частиц в микро мире: прецессию спинов элементарных частиц, физическую природу обменного взаимодействия...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org